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函数单调性的判断或证明方法

函数单调性的判断或证明方法.
(1)定义法。

用定义法证明函数的单调性的一般步骤是①取值,设
,且
;②作差,求
;③变形(合并同类项、通分、分解因式、配方等)向有利于判断差值符号的方向变形;④定号,判断
的正负符号,当符号不确定时,应分类讨论;⑤下结论,根据函数单调性的定义下结论。

例1.判断函数在(-1,+∞)上的单调性,并证明.
解:设-1<x1<x2,
则f(x1)-f(x2)=-
==
∵-1<x1<x2,
∴x1-x2<0,x1+1>0,x2+1>0.
∴当a>0时,f(x1)-f(x2)<0,即f(x1)<f(x2),
∴函数y=f(x)在(-1,+∞)上单调递增.
当a<0时,f(x1)-f(x2)>0,即f(x1)>f(x2),
∴函数y=f(x)在(-1,+∞)上单调递减.
例2.证明函数在区间

上是增函数;在
上为减函数。

(增两端,减中间)证明:设,则
因为,所以
,
所以,所以
所以

则,
因为,所以,所以
所以
同理,可得
(2)运算性质法.
①在公共定义域内,两个增函数的和是增函数,两个减函数的和是减函数,增函数减去一个减函数为增函数,减函数减去一个增函数为减函数.(增+增=增;减+减=减;增-减=增,减-增=减)
②若.
③当函数.
④函数二者有相反的单调性。

⑤运用已知结论,直接判断函数的单调性,如一次函数、反比例函数等。

(3)图像法.根据函数图像的上升或下降判断函数的单调性。

例3.求函数的单
调区间。

解:
在同一坐标系下作出函数的图像得所以函数的单调增区间为
减区间为.
(4)复合函数法.(步骤:①求函数的定义域;②分解复合函数;③判断内、外层函数的单调性;④根据复合函数的单调性确定函数的单调性.⑤若集合
是内层函数
的一个单调区间,则
便是原复合函数
的一个单调区间,如例4;若
不是内层函数
的一个单调区间,则需把划分成内层函数
的若干个单调子区间,这些单调子区间便分别是原复合函数的单调区间,如例5.)设,

都是单调函数,则

上也是单调函数,其单调性由“同增异减”来确定,即“里外”函数增减性相同,复合函数为增函数,“里外”函数的增减性相反,复合函数为减函数。

如下表:
例4.求函数的单调区间
解原函数是由外层函数和内层函数
复合而成的;
易知是外层函数
的单调增区间;
令,解得
的取值范围为

由于是内层函数
的一个单调减区间,于是
便是原函数的一个单调区间;
根据复合函数“同增异减”的复合原则知,
是原函数的单调减区间。

例5求函数的单调区间.
解原函数是由外层函数和内层函数
复合而成的;
易知和
都是外层函数
的单调减区间;
令,解得
的取值范围为

结合二次函数的图象可知不是内
层函数的一个单调区间,但可以把区间
划分成内层函数的两个单调子区间

,其中是其单调减区间,是其单调增区间;
于是根据复合函数“同增异减”的复合原则知,
是原函数的单调增区间,
是原函数的单调减区间。

同理,令,可求得
是原函数的单调增区间,
是原函数的单调减区间。

综上可知,原函数的单调增区间是和
,单调减区间是

.
(5)含参数函数的单调性问题.
例.设(先分离常数,即对函数的解析式进行变形,找到基本函数的类型,再分类讨论.)
解:由题意得原函数的定义域为

当上为减函数;
当上为增函数。

(6)抽象函数的单调性.(抽象函数问题是指没有给出解析式,只给出一些特殊条件的函数问题)
常采用定义法.要充分利用已知条件,对变量进行合理赋值,并结合函数单调性的定义进行证明。

例1已知函数对任意实数
,均有.且当
>0时,>0,试判断的单调性,并说明理由.
解析:设,且
,则

>0,故
>0.
∴-
=-
=+

=>0.
∴<
.故
在(-
,+)上为增函数.
例2. 设f(x)定义于实数集上,当时,
,且对于任意实数x、y,有
,求证:
在R上为增函数。

证明:
在中取
,得
若,令
,则
,与矛盾
所以,即有。

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